KR102150047B1 - Manufacturing apparatus for graphene using flash lamp - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 기판층과 상기 기판층에 적층된 금속층을 구비하는 그래핀 성장판이 수용되는 내부 공간을 제공하는 반응 챔버; 및 상기 금속층을 향해 빛을 조사하는 광 조사부를 포함하며, 상기 광 조사부는 상기 금속층으로 조사되는 빛을 생성하는 플래시 램프와, 상기 금속층으로 조사되는 플래시 램프의 빛이 통과하는 관통 구멍이 형성되고 상기 금속층과 대향하도록 위치하는 덮개부를 구비하며, 상기 관통 구멍은 상기 관통 구멍을 통과하는 빛 전체가 상기 금속층의 특정 영역을 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치가 제공된다.The present invention relates to a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, according to the present invention, a reaction chamber providing an inner space in which the graphene growth plate having a substrate layer and a metal layer stacked on the substrate layer is accommodated; And a light irradiation unit that irradiates light toward the metal layer, wherein the light irradiation unit includes a flash lamp generating light irradiated to the metal layer, and a through hole through which light of the flash lamp irradiated to the metal layer passes, and the There is provided a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp comprising a cover portion positioned to face the metal layer, wherein the through hole is formed so that the entire light passing through the through hole irradiates a specific region of the metal layer.

Description

플래쉬 램프를 이용한 그래핀 제조장치 {MANUFACTURING APPARATUS FOR GRAPHENE USING FLASH LAMP}Graphene manufacturing device using flash lamp {MANUFACTURING APPARATUS FOR GRAPHENE USING FLASH LAMP}

본 발명은 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플래시 램프를 이용하여 대면적의 그래핀을 경제적으로 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, and more particularly, to an apparatus capable of economically manufacturing a large area graphene using a flash lamp.

그래핀(graphene)은 탄소원자가 2차원(2D) 격자 내로 채워진 평면 단일층 구조를 의미하며, 이것은 모든 다른 차원구조의 흑연(graphite) 물질의 기본 구조를 이룬다. 즉, 상기 그래핀은 0차원 구조인 풀러린(fullerene), 1차원 구조인 나노튜브 또는 3차원 구조로 적층된 흑연의 기본 구조가 될 수 있다. 2004년 Novoselev 등은 SiO2/Si 기판의 상부 상에서 프리-스탠딩 그래핀 단일층을 수득하였다고 보고하였으며, 이것은 기계적인 미세 분할법에 의하여 실험적으로 발견되었다.Graphene refers to a flat monolayer structure in which carbon atoms are filled into a two-dimensional (2D) lattice, which forms the basic structure of graphite materials of all other dimensional structures. That is, the graphene may be a basic structure of graphite stacked in a 0-dimensional structure of fullerene, a 1-dimensional structure of nanotubes, or a 3-dimensional structure. In 2004, Novoselev et al. reported that a single layer of free-standing graphene was obtained on top of a SiO 2 /Si substrate, which was experimentally discovered by a mechanical microsegmentation method.

최근 많은 연구그룹들이 그래핀이 갖는 허니콤(벌집) 형태의 결정 구조, 두 개의 상호침투하는 삼각 형태의 하위 격자 구조, 및 하나의 원자 크기에 해당하는 두께 등에 의하여 그래핀이 특이한 물리적 특성(예를 들면 제로 밴드갭)을 보이는 점에 주목한다. 또한 그래핀은 특이한 전하 운송 특성을 갖는데, 이로 인하여 그래핀은 종래에는 관찰되지 않았던 독특한 현상을 보여준다. 예를 들면, 반정수 양자 홀 효과 및 바이폴라 초전류 트랜지스터 효과 등이 그 예이며, 이 또한 상기 설명한 그래핀의 특유한 구조에 기인하는 것으로 여겨진다.Recently, many research groups have found that graphene has peculiar physical properties (e.g., due to its honeycomb (honeycomb) crystal structure, two mutually penetrating triangular lower lattice structures, and the thickness corresponding to one atomic size). For example, note that it shows a zero band gap). In addition, graphene has a peculiar charge transport property, and due to this, graphene shows a unique phenomenon that has not been observed before. For example, the semi-integer quantum Hall effect and the bipolar supercurrent transistor effect are examples, and this is also believed to be due to the specific structure of graphene described above.

이러한 그래핀의 공정 처리와 응용에 있어서 그래핀의 응집 방지가 매우 중요하다. 즉, 하나의 원자 크기의 두께를 갖는 박편(시트)형태의 그래핀은 상호간의 표면 에너지에 기인하여 응집하려는 특성을 보이며, 이는 그래핀의 직접 제조, 특히 친수성 용매에서의 제조를 매우 어렵게 한다. 따라서, 현재 대부분의 연구그룹들은 변형된 Hummer법에 의하여 그래핀 산화물(graphine oxide, GO)을 먼저 제조한 후, 이를 다시 환원시키는, 비교적 복잡한 공정에 의하여 그래핀을 제조하고 있다(종래기술 1). 산화 공정에 의하여 제조된 그래핀 산화물 이외에, 또 다른 종래기술로서 N-메틸-피롤리돈, γ-부티로락톤 등과 같은 유기 용매에서의 흑연을 박리시키고, 이에 따라 얻어진 그래핀을 분산시키는 유기용매-기반 그래핀 제조방법이 개시되고 있다 (종래기술 2). 즉, 상기 유기용매법은 그래핀-그래핀 시트간의 상호 에너지와 유사한 수준의 그래핀-유기용매간의 상호 에너지를 이용하여, 그래핀간의 응집을 방지하는 기술이다. 하지만 종래 기술 1, 2에서 얻어지는 그래핀 크기는 나노미터에서 마이크로미터 수준에 불과하다. 따라서, 종래 기술 1, 2는 대면적의 그래핀을 제조하기에는 부적합하다는 문제가 있다.In the process and application of graphene, it is very important to prevent agglomeration of graphene. That is, graphene in the form of flakes (sheets) having a thickness of one atomic size exhibits a property to be aggregated due to the surface energy of each other, which makes it very difficult to prepare graphene directly, especially in a hydrophilic solvent. Therefore, most of the current research groups are manufacturing graphene by a relatively complex process, first manufacturing graphine oxide (GO) by a modified Hummer method and then reducing it again (Prior Art 1). . In addition to the graphene oxide prepared by the oxidation process, as another conventional technique, an organic solvent for exfoliating graphite in an organic solvent such as N-methyl-pyrrolidone, γ-butyrolactone, and dispersing the obtained graphene -Based graphene manufacturing method has been disclosed (prior art 2). That is, the organic solvent method is a technology for preventing aggregation between graphene by using mutual energy between graphene and organic solvent at a level similar to that between graphene and graphene sheets. However, the graphene size obtained in the prior art 1 and 2 is only a nanometer to a micrometer level. Therefore, there is a problem in that the prior art 1 and 2 are unsuitable for manufacturing large-area graphene.

또 다른 방식의 그래핀 제조방법은 테이프 등에 의하여 흑연으로부터 그래핀 시트를 물리적으로 박리시키고, 이를 다시 실리콘 기판상에서 반복, 적층시키는 기계적 미세분할법이다(종래기술 3). 하지만, 상기 종래기술 3에서 얻어지는 그래핀의 크기는 수십에서 수백 마이크론 단위에 불과하므로, 이 역시 대면적의 그래핀 필름을 제조하기에는 부적합하다는 문제가 있다. 최근에 보고된 화학기상증착(chemical vapor deposition)에 의한 대면적 그래핀 제조 방법은 복잡한 공정 및 고가의 장치가 필요하다는 단점을 가지고 있다. 결국, 현재 개시된 종래 기술은 상당한 시간을 요하거나 경제적으로 대면적 그래핀 필름을 제조하기에는 부적합하다는 한계를 가지고 있다.Another method of producing graphene is a mechanical micro-segmentation method in which a graphene sheet is physically peeled off from graphite by tape or the like, and then repeatedly laminated on a silicon substrate (prior art 3). However, since the size of the graphene obtained in the prior art 3 is only tens to hundreds of microns, this also has a problem that it is unsuitable for manufacturing a large-area graphene film. The recently reported method of manufacturing large-area graphene by chemical vapor deposition has a disadvantage in that it requires a complicated process and an expensive device. Consequently, the presently disclosed prior art has a limitation in that it requires a considerable amount of time or is economically unsuitable for manufacturing a large area graphene film.

상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 극복하고 경제적인 방식으로 대면적 그래핀을 제조하기 위한 그래핀 제조장치로서 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0053489에는 반응 가스가 채워진 챔버 내에서 기판 상에 적층된 촉매 금속층으로 플래쉬 램프의 빛을 조사하여 기판 상에서 그래핀을 성장시키는 장치가 개시되어 있다(종래기술 4). 하지만, 종래기술 4의 경우 그래핀이 기판의 가장자리에서는 잘 형성되는 반면에, 기판의 중앙 부분에서는 잘 형성되지 않는다는 문제가 있다. 이를 종래기술 4에 의한 그래핀 제조 과정에서 기판의 상태가 개략적으로 도시한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 종래기술 4의 그래핀 제조장치에서는 플래시 램프의 빛이 일점쇄선의 화살표로 표시된 바와 같이 기판(10) 위에 적층된 촉매 금속층(11)의 영역 전체에 조사된다. 기판(10)은 열전도율이 매우 낮기 때문에, 촉매 금속층(11)의 열에너지는 실선의 화살표로 표시된 바와 가장자리 쪽으로 빠르게 확산되어서, 가장자리 부분이 상대적으로 고온을 형성하게 된다. 그에 따라 가장자리 부분(A)에서 그래핀이 잘 형성되고, 중앙 부분에서는 그래핀이 잘 형성되지 않게 된다.As a graphene manufacturing apparatus for overcoming the limitations of the prior art as described above and for manufacturing large-area graphene in an economical manner, Korean Patent Application Laid-Open Publication No. 10-2012-0053489 describes on a substrate in a chamber filled with a reactive gas. An apparatus for growing graphene on a substrate by irradiating light from a flash lamp with a stacked catalytic metal layer is disclosed (Prior Art 4). However, in the case of the prior art 4, while graphene is well formed at the edge of the substrate, there is a problem that it is not well formed at the center of the substrate. This will be described with reference to FIG. 1 schematically showing the state of the substrate in the process of manufacturing graphene according to the prior art 4. In the graphene manufacturing apparatus of the prior art 4, light from a flash lamp is irradiated to the entire area of the catalytic metal layer 11 stacked on the substrate 10 as indicated by an arrow in a dashed-dotted line. Since the substrate 10 has a very low thermal conductivity, the thermal energy of the catalyst metal layer 11 rapidly diffuses toward the edge as indicated by the solid arrow, so that the edge portion forms a relatively high temperature. Accordingly, graphene is well formed in the edge portion (A), and graphene is not formed well in the center portion.

본 발명의 목적은 위에서 설명한 바와 같이 플래시 램프를 이용한 종래의 그래핀 제조 장치의 문제점을 극복하여 기판의 중앙 부분에서 그래핀이 성장하도록 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to overcome the problems of the conventional graphene manufacturing apparatus using a flash lamp as described above to provide a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp that allows graphene to grow in a central portion of a substrate.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,In order to achieve the object of the present invention described above, according to an aspect of the present invention,

기판층과 상기 기판층에 적층된 금속층을 구비하는 그래핀 성장판이 수용되는 내부 공간을 제공하는 반응 챔버; 및 상기 금속층을 향해 빛을 조사하는 광 조사부를 포함하며, 상기 광 조사부는 상기 금속층으로 조사되는 빛을 생성하는 플래시 램프와, 상기 금속층으로 조사되는 플래시 램프의 빛이 통과하는 관통 구멍이 형성되고 상기 금속층과 대향하도록 위치하는 덮개부를 구비하며, 상기 관통 구멍은 상기 관통 구멍을 통과하는 빛 전체가 상기 금속층의 특정 영역을 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치가 제공된다.A reaction chamber providing an inner space in which a graphene growth plate including a substrate layer and a metal layer stacked on the substrate layer is accommodated; And a light irradiation unit that irradiates light toward the metal layer, wherein the light irradiation unit includes a flash lamp generating light irradiated to the metal layer, and a through hole through which light of the flash lamp irradiated to the metal layer passes, and the There is provided a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp comprising a cover portion positioned to face the metal layer, wherein the through hole is formed so that the entire light passing through the through hole irradiates a specific region of the metal layer.

상기 특정 영역은 상기 관통 구멍을 통해 빛이 조사되는 영역이며, 상기 금속층 내부에 존재할 수 있다.The specific area is an area to which light is irradiated through the through hole, and may exist inside the metal layer.

상기 관통 구멍은 상기 금속층의 크기보다 작으며, 상기 금속층의 가운데 부분에 위치할 수 있다.The through hole may be smaller than the size of the metal layer and may be located in a center portion of the metal layer.

상기 관통 구멍의 크기는 조리개 방식으로 조절될 수 있다.The size of the through hole may be adjusted by means of an aperture.

상기 덮개부는 상기 금속층과의 거리가 변하도록 위치가 조절될 수 있다.The position of the cover part may be adjusted so that the distance to the metal layer is changed.

상기 그래핀 제조장치는 상기 금속층의 크기를 측정하는 측정부와, 상기 측정부로부터 입력된 상기 금속층의 크기 데이터를 이용하여 상기 관통 구멍의 크기 또는 덮개부의 위치를 자동으로 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The graphene manufacturing apparatus further includes a measuring unit for measuring the size of the metal layer, and a control unit for automatically adjusting the size of the through hole or the position of the cover using the size data of the metal layer input from the measuring unit. I can.

상기 광 조사부는 상기 반응 챔버의 내부 공간과 분리되어서 설치되며, 상기 반응 챔버는 상기 금속층과 대향하고 상기 관통 구멍을 통과한 빛을 통과시키는 투광창 부재를 더 구비할 수 있다.The light irradiation unit is installed separately from the inner space of the reaction chamber, and the reaction chamber may further include a transparent window member facing the metal layer and passing light through the through hole.

상기 광 조사부는 상기 플래시 램프의 빛을 상기 관통 구멍 쪽으로 반사시키는 반사 부재를 더 구비할 수 있다.The light irradiation unit may further include a reflective member that reflects light of the flash lamp toward the through hole.

상기 플래시 램프는 다수 개일 수 있다.The number of flash lamps may be plural.

상기 그래핀 제조장치는 상기 금속층의 중심이 상기 관통 구멍의 중심과 겹쳐지게 위치하도록 상기 기판을 위치시키는 기판 정렬부를 더 포함할 수 있다.The graphene manufacturing apparatus may further include a substrate alignment unit for positioning the substrate so that the center of the metal layer overlaps the center of the through hole.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 플래시 램프의 빛이 통과하는 관통 구멍에 의하여 플래시 램프의 빛이 금속층의 가운데 영역에만 조사되므로 가운데 영역에서 열이 유지되어서 금속층의 가운데 부분에서 그래핀이 안정적으로 성장하게 된다.According to the present invention, all the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, since the light of the flash lamp is irradiated only in the middle region of the metal layer through the through hole through which the light of the flash lamp passes, heat is maintained in the middle region, so that graphene is stably grown in the middle part of the metal layer.

도 1은 종래의 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치에 의한 그래핀 제조 과정에서 기판의 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치의 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 2의 기판 부재의 평면도로서, 플래시 램프의 빛이 조사되는 영역을 함께 표시한 것이다.
도 4는 도 2의 기판 부재의 측면도로서, 그래핀이 성장하는 상태를 도시한 것이다.1 schematically shows a state of a substrate in a process of manufacturing graphene by a graphene manufacturing apparatus using a conventional flash lamp.
2 is a side cross-sectional view schematically showing the structure of a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the substrate member of FIG. 2, showing a region irradiated with light from a flash lamp.
4 is a side view of the substrate member of FIG. 2, illustrating a state in which graphene is grown.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치의 개략적인 구조가 측단면도로서 도시되어 있다. 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치(100)는 탄소 함유 기체를 포함하는 반응 가스로 채워지고 열분해된 반응 가스의 탄소가 적층되어서 그래핀이 성장하는 그래핀 성장판(P)이 안치되는 반응 공간(111)을 제공하는 반응 챔버(110)와, 반응 가스의 열분해를 위하여 그래핀 성장판(P)으로 플래시 램프(170)의 빛을 조사하는 광 조사부(160)를 포함한다.
2 shows a schematic structure of a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp according to an embodiment of the present invention as a side cross-sectional view. Referring to FIG. 2, the graphene manufacturing apparatus 100 using a flash lamp according to an embodiment of the present invention is filled with a reaction gas containing a carbon-containing gas and carbon of the pyrolyzed reaction gas is stacked to grow graphene. A reaction chamber 110 providing a reaction space 111 in which the graphene growth plate P is placed, and a light irradiation unit that irradiates light from the flash lamp 170 with the graphene growth plate P for pyrolysis of the reaction gas Including 160.

반응 챔버(110)는 탄소 함유 기체를 포함하는 반응 가스로 채워지고 그래핀이 성장하는 그래핀 성장판(P)이 안치되는 반응 공간(111)을 제공한다. 반응 가스는 탄소 함유 기체와 수소를 포함한다. 본 실시예에서 탄소 함유 기체는 메탄(CH4)인 것으로 설명한다. 반응 가스는 그래핀 성장판(P) 상에서 분해되어서 그래핀으로 성장한다. 그래핀 성장판(P)는 기판층(S)과, 기판층(S)의 상면에 적층되어서 반응 가스의 그래파이트화를 위한 촉매로 기능하는 금속층(M)을 구비한다. 본 실시예에서 기판층(S)은 실리콘산화물이고, 금속층(M)은 니켈인 것으로 설명한다. 반응 챔버(110)는 반응 공간(111)으로 기체가 유입되는 유입부(112)와, 반응 공간(111)의 기체가 외부로 배출되는 배출부(113)를 구비한다. 유입부(112)는 반응 공간(111)으로 반응 가스를 공급하기 위해 사용된다. 배출부(113)는 그래핀 제조 공정 과정에서 생성되는 잔류 가스를 반응 공간(111) 밖으로 배출하거나, 반응 공간(111)으로 반응 가스를 유입시키기 전에 반응 공간(111)을 진공 상태로 만들기 위해 사용된다. 반응 챔버(110)는 반응 공간(111)을 외부와 밀폐시키는 외벽의 일부를 형성하고 외부의 빛을 반응 공간(111) 내로 통과시키는 투광창 부재(115)를 더 구비한다. 투광창 부재(115)는 그래핀 성장판(P)이 반응 공간(111)에 안치된 상태에서 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)과 인접하여 대향한다. 투광창 부재(115)를 통해 플래시 램프(170)의 빛이 통과하여 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)으로 조사된다.
The reaction chamber 110 is filled with a reaction gas containing a carbon-containing gas and provides a reaction space 111 in which a graphene growth plate P in which graphene is grown is placed. The reaction gas includes a carbon-containing gas and hydrogen. In this example, the carbon-containing gas is described as being methane (CH 4 ). The reaction gas is decomposed on the graphene growth plate (P) and grows into graphene. The graphene growth plate P includes a substrate layer S and a metal layer M that is stacked on the upper surface of the substrate layer S and serves as a catalyst for graphitization of a reaction gas. In this embodiment, it will be described that the substrate layer S is made of silicon oxide and the metal layer M is made of nickel. The reaction chamber 110 includes an inlet 112 through which gas is introduced into the reaction space 111 and a discharge unit 113 through which gas in the reaction space 111 is discharged to the outside. The inlet 112 is used to supply a reaction gas to the reaction space 111. The discharge unit 113 is used to discharge the residual gas generated during the graphene manufacturing process out of the reaction space 111 or to make the reaction space 111 in a vacuum state before introducing the reaction gas into the reaction space 111 do. The reaction chamber 110 further includes a transparent window member 115 that forms a part of an outer wall that seals the reaction space 111 from the outside and passes external light into the reaction space 111. The light-transmitting window member 115 faces and is adjacent to the metal layer M of the graphene growth plate P while the graphene growth plate P is placed in the reaction space 111. Light from the flash lamp 170 passes through the transparent window member 115 and is irradiated to the metal layer M of the graphene growth plate P.

광 조사부(160)는 플래시 램프(170)와, 플래시 램프(170)의 빛이 통과하는 관통 구멍(181)이 형성되는 덮개부(180)와, 플래시 램프의 빛을 관통 구멍(181) 쪽으로 반사시키는 반사 부재(190)와, 플래시 램프(170)를 내부에 안전하게 수용하는 하우징(199)을 구비한다.
The light irradiation unit 160 reflects the flash lamp 170, the cover unit 180 in which the through hole 181 through which the light of the flash lamp 170 passes, and the light of the flash lamp toward the through hole 181 It includes a reflective member 190 to allow and a housing 199 for safely receiving the flash lamp 170 therein.

플래시 램프(170)는 그래핀 성장판(P)이 반응 챔버(110)의 반응 공간(111)에 안치된 상태에서 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)으로 조사되는 빛을 생성한다. 플래시 램프(170)는 하우징(199)의 내부에 설치된다. 본 실시예에서는 플래시 램프(170)가 하나인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 다수 개가 설치되어서 사용될 수도 있다.
The flash lamp 170 generates light irradiated to the metal layer M of the graphene growth plate P while the graphene growth plate P is placed in the reaction space 111 of the reaction chamber 110. The flash lamp 170 is installed inside the housing 199. In this embodiment, the flash lamp 170 is described as being one, but unlike this, a plurality of flash lamps 170 may be installed and used.

덮개부(180)는 투광창 부재(115)를 사이에 두고 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)과 대향하도록 위치한다. 덮개부(180)를 사이에 두고 플래시 램프(170)와 반응 챔버(110)의 반응 공간(111)에 안치된 상태의 그래핀 성장판(P)이 위치하게 된다. 덮개부(180)에는 플래시 램프(170)의 빛이 통과하는 관통 구멍(181)이 형성된다. 본 실시예에서 관통 구멍(181)은 원형인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 관통 구멍(181)은 반응 챔버(110)의 투광창 부재(115) 상에 위치한다. 플래시 램프(170)의 빛은 관통 구멍(181)과 투광창 부재(115)를 차례대로 통과하여 반응 공간(111)에 안치된 상태의 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)으로 조사된다. 본 실시예에서 그래핀 성장판(P)이 반응 공간(111)에 안치된 상태란 금속층(M)의 중심(도 3의 O)이 관통 구멍(181)의 중심과 겹치도록 그래핀 성장판(P)이 위치하는 상태를 의미한다. 그에 따라, 그래핀 성장판(P)이 반응 공간(111)에 안치된 상태에서 금속층(M)으로 조사되는 플래시 램프(170)의 빛은 금속층(M)의 중심(O)에 위치하게 된다. 관통 구멍(181)의 크기에 따라서 금속층(M)에서 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 영역이 결정되는데, 관통 구멍(181)은 도 3에 도시된 바와 같이 금속층(M)에서 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 영역(B, 일점 쇄선 내부의 영역)이 금속층(M)의 가운데 부분에만 존재하도록 형성된다. 즉, 관통 구멍(181)을 통과하는 플래시 램프(170)의 빛 전체가 금속층(M)의 특정 영역을 조사하게 된다. 상기 금속층(M)의 특정 영역은 관통 구멍(181)을 통해 빛이 조사되는 영역이며, 금속층(M)의 내부에 존재해야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속층(M)은 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 원형의 노출 영역(B)과, 플래시 램프(170)의 빛에 노출되지 않는 비노출 영역(C)으로 분리된다. 비노출 영역(C)은 노출 영역(B)의 바깥 테두리 전체를 에워싸도록 형성된다. 관통 구멍(181)의 형태가 원형인 본 실시예의 경우 관통 구멍의 크기는 금속층(M)에서 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 영역(B)의 반경(R)이 금속층(M)의 중심(O)과 금속층(M)의 에지 사이의 최단 거리(r)의 50% 내지 80%가 되도록 정해지는 것이 바람직하다. 금속층(M)에서 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 영역의 반경(R)이 금속층(M)의 중심과 금속층(M)의 에지 사이의 최단 거리(r)의 50%보다 작으면 대면적의 그래핀 제조에 비효율적이며, 금속층(M)에서 플래시 램프(170)의 빛에 노출되는 영역의 반경(R)이 금속층(M)의 중심과 금속층(M)의 에지 사이의 최단 거리(r)의 80%보다 크면 금속층(M)의 열이 금속층(M)의 에지로 빠르게 전달되어서 에지 부분에 상대적으로 고온이 형성된 가능성이 높다. 관통 구멍(181)의 원형 외에 다른 다양한 형태가 가능한데, 관통 구멍은 빛이 금속층의 가장지리 부분과 접촉하지 않는 상태에서 금속층 면적의 90%에 해당하는 영역에 빛을 투과하도록 형성되는 것이 바람직하다.The cover 180 is positioned to face the metal layer M of the graphene growth plate P with the transparent window member 115 therebetween. The graphene growth plate P in the state of being placed in the reaction space 111 of the flash lamp 170 and the reaction chamber 110 with the cover 180 interposed therebetween is positioned. A through hole 181 through which light of the flash lamp 170 passes is formed in the cover part 180. In this embodiment, the through hole 181 is described as having a circular shape, but the present invention is not limited thereto. The through hole 181 is located on the transparent window member 115 of the reaction chamber 110. The light of the flash lamp 170 passes through the through hole 181 and the transparent window member 115 in turn and is irradiated to the metal layer M of the graphene growth plate P in a state placed in the reaction space 111. In this embodiment, the graphene growth plate P is placed in the reaction space 111 so that the center of the metal layer M (O in FIG. 3) overlaps the center of the through hole 181. This means the state in which it is located. Accordingly, light from the flash lamp 170 irradiated to the metal layer M while the graphene growth plate P is placed in the reaction space 111 is located at the center O of the metal layer M. Depending on the size of the through hole 181, an area exposed to the light of the flash lamp 170 in the metal layer M is determined. As shown in FIG. 3, the through hole 181 is formed in the flash lamp ( The area 170) exposed to the light (B, the area inside the dashed-dotted line) is formed to exist only in the center portion of the metal layer M. That is, the entire light of the flash lamp 170 passing through the through hole 181 irradiates a specific area of the metal layer M. The specific region of the metal layer M is a region to which light is irradiated through the through hole 181 and must exist inside the metal layer M. As shown in FIG. 3, the metal layer M is divided into a circular exposed area B exposed to light of the flash lamp 170 and a non-exposed area C not exposed to light of the flash lamp 170. do. The non-exposed area C is formed to surround the entire outer rim of the exposed area B. In this embodiment, in which the through hole 181 has a circular shape, the size of the through hole is the radius R of the area B exposed to the light of the flash lamp 170 in the metal layer M is the center of the metal layer M It is preferably set to be 50% to 80% of the shortest distance r between (O) and the edge of the metal layer M. If the radius (R) of the area exposed to the light of the flash lamp 170 in the metal layer (M) is less than 50% of the shortest distance (r) between the center of the metal layer (M) and the edge of the metal layer (M), a large area It is inefficient in manufacturing graphene, and the radius (R) of the area exposed to the light of the flash lamp 170 in the metal layer (M) is the shortest distance (r) between the center of the metal layer (M) and the edge of the metal layer (M) If it is greater than 80% of, the heat of the metal layer M is rapidly transferred to the edge of the metal layer M, and there is a high possibility that a relatively high temperature is formed at the edge portion. Various shapes other than the circular shape of the through hole 181 are possible, and the through hole is preferably formed to transmit light to an area corresponding to 90% of the area of the metal layer in a state in which light does not contact the edge of the metal layer.

본 실시예에서는 반응 공간(111)을 기준으로 관통 구멍(181)이 투광창 부재(115)의 바깥쪽에 위치되는 것으로 설명하지만, 이와는 관통 구멍(181)이 투광창 부재(115)의 안쪽에 위치할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 즉, 반응 챔버(110)에 관통 구멍이 형성되고, 그 관통 구멍 위에 투광창 부재가 결합되는 형태로 구성될 수도 있는 것이다.
In the present embodiment, it is described that the through hole 181 is located outside the transparent window member 115 based on the reaction space 111, but in this case, the through hole 181 is located inside the transparent window member 115. It may be possible, and this is also within the scope of the present invention. That is, a through hole may be formed in the reaction chamber 110 and a transparent window member may be coupled to the through hole.

반사 부재(190)는 하우징(199) 내에 설치되어서 플래시 램프(170)의 빛을 관통 구멍(181) 쪽으로 반사시킨다. 본 실시예에서는 하우징(199) 내에 반사 부재(190)가 별도로 설치되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 하우징(199)의 내면이 반사 부재(190)의 역할을 하도록 형성될 수도 있다.
The reflective member 190 is installed in the housing 199 to reflect light of the flash lamp 170 toward the through hole 181. In this embodiment, it is described that the reflective member 190 is separately installed in the housing 199, but unlike this, the inner surface of the housing 199 may be formed to serve as the reflective member 190.

하우징(199)는 플래시 램프(170)와 반사 부재(190)를 내부에 안전하게 수용하며 반응 챔버(110)에 고정된다.
The housing 199 safely accommodates the flash lamp 170 and the reflective member 190 therein and is fixed to the reaction chamber 110.

이제, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 제조장치(100)를 그 작용 중심으로 상세하게 설명한다.
Now, the graphene manufacturing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3 based on its action.

먼저, 반응 챔버(110)의 반응 공간(111)에 그래핀 성장판(P)이 안치된다. 다음, 유입부(112)가 폐쇄된 상태에서 배출부(113)에 의해 반응 공간(111) 내의 기체가 배출되어서 반응 공간(111)을 진공으로 만든다. 다음, 배출부(113)가 폐쇄된 상태에서 유입부(112)를 통해 반응 가스가 반응 공간(111)으로 유입된다. 다음, 플래시 램프(170)가 작동하여 플래시 램프(170)의 빛이 그래핀 성장판(P)의 금속층(M)으로 조사된다. 플래시 램프(170)의 빛이 통과하는 관통 구멍(181)에 의하여 금속층(M)에는 도 3에 도시된 바와 같이 가운데 부분에만 빛에 노출되는 노출 영역(B)이 형성되고 노출 영역(B)에 대응하여 열이 인가된다. 그에 따라, 노출 영역(B)과 접촉하는 반응 가스가 분해되어서 탄소가 금속층(M) 상에 적층되고, 도 4에 도시된 바와 같이 그래핀(G)이 중심부로부터 서서히 반경방향 바깥으로 확장되면서 형성된다.
First, the graphene growth plate P is placed in the reaction space 111 of the reaction chamber 110. Next, the gas in the reaction space 111 is discharged by the discharge part 113 while the inlet part 112 is closed, thereby making the reaction space 111 into a vacuum. Next, the reaction gas is introduced into the reaction space 111 through the inlet 112 while the discharge unit 113 is closed. Next, the flash lamp 170 is operated so that the light of the flash lamp 170 is irradiated to the metal layer M of the graphene growth plate P. As shown in FIG. 3, an exposed area B exposed to light is formed in the metal layer M by the through hole 181 through which the light of the flash lamp 170 passes, and the exposed area B is Heat is applied correspondingly. Accordingly, the reaction gas in contact with the exposed region (B) is decomposed so that carbon is deposited on the metal layer (M), and as shown in FIG. 4, graphene (G) is formed by gradually expanding outward from the center in the radial direction. do.

도면에는 도시되지 않았으나, 그래핀 제조장치(100)는 노출 영역(도 3의 B)의 크기를 조절할 수 있는 조절 수단을 더 구비할 수 있다. 노출 영역의 크기를 조절하는 수단은 관통 구멍(170)의 크기를 조절하는 조리개 장치이거나, 관통 구멍(170)과 금속층(M) 사이의 거리가 변하도록 덮개부(180)의 위치를 조절하는 이동동 장치일 수 있다. 그에 따라, 다양한 크기의 그래핀 성장판(P)에 대응하여 노출 영역(B)의 크기를 적절하게 변경시킬 수 있다. 이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 그래핀 제조장치(100)는 금속층의 크기를 측정하는 측정부와, 측정부로부터 입력된 금속층의 크기 데이터에 대응하여 조리개 장치나 덮개부 이동 장치로 제어신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
Although not shown in the drawings, the graphene manufacturing apparatus 100 may further include an adjustment means capable of adjusting the size of the exposed area (B in FIG. 3). The means for adjusting the size of the exposed area is an aperture device that adjusts the size of the through-hole 170, or a movement that adjusts the position of the cover 180 so that the distance between the through-hole 170 and the metal layer M changes. It may be the same device. Accordingly, it is possible to appropriately change the size of the exposed area B corresponding to the graphene growth plate P of various sizes. In addition, although not shown in the drawings, the graphene manufacturing apparatus 100 transmits a control signal to the diaphragm device or the lid moving device in response to the measurement unit for measuring the size of the metal layer and the size data of the metal layer input from the measurement unit. It may further include a control unit for transmitting.

도면에는 도시되지 않았으나, 그래핀 제조장치(100)는 그래핀 성장판(P)이 안치 상태에 정확하게 위치하도록 그래핀 성장판(P)을 정렬시키는 기판 정렬부를 더 포함할 수 있다.
Although not shown in the drawings, the graphene manufacturing apparatus 100 may further include a substrate alignment unit for aligning the graphene growth plate P so that the graphene growth plate P is accurately positioned in the set state.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described through the above embodiments, the present invention is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present invention.

100 : 그래핀 제조장치 110 : 반응 챔버
112 : 유입부 113 : 배출부
115 : 투광창 부재 160 : 광 조사부
170 : 플래시 램프 180 : 덮개부
181 : 관통 구멍 190 : 반사 부재100: graphene manufacturing apparatus 110: reaction chamber
112: inlet 113: discharge
115: transparent window member 160: light irradiation unit
170: flash lamp 180: cover
181: through hole 190: reflective member

Claims (10)

기판층과 상기 기판층에 적층된 금속층을 구비하는 그래핀 성장판이 수용되는 내부 공간을 제공하는 반응 챔버; 및
상기 금속층을 향해 빛을 조사하는 광 조사부를 포함하며,
상기 광 조사부는 상기 금속층으로 조사되는 빛을 생성하는 플래시 램프와, 상기 금속층으로 조사되는 플래시 램프의 빛이 통과하는 관통 구멍이 형성되고 상기 금속층과 대향하도록 위치하는 덮개부를 구비하며,
상기 관통 구멍은 상기 관통 구멍을 통과하는 빛 전체가 상기 금속층의 특정 영역을 조사하도록 형성되며,
상기 관통 구멍은 빛이 상기 금속층의 가장자리 부분과 접촉하지 않는 상태에서 상기 금속층 면적의 90%에 해당하는 영역에 빛을 투과하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.A reaction chamber providing an inner space in which a graphene growth plate including a substrate layer and a metal layer stacked on the substrate layer is accommodated; And
It includes a light irradiation unit for irradiating light toward the metal layer,
The light irradiation unit includes a flash lamp for generating light irradiated to the metal layer, and a cover portion having a through hole through which light of the flash lamp irradiated to the metal layer passes, and positioned to face the metal layer,
The through hole is formed so that the entire light passing through the through hole irradiates a specific region of the metal layer,
The graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, wherein the through hole is formed to transmit light to an area corresponding to 90% of the area of the metal layer while the light does not contact the edge of the metal layer. 청구항 1에 있어서,
상기 특정 영역은 상기 관통 구멍을 통해 빛이 조사되는 영역이며, 상기 금속층 내부에 존재하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
The specific region is a region to which light is irradiated through the through hole, and the graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that it exists inside the metal layer. 청구항 1에 있어서,
상기 관통 구멍은 상기 금속층의 크기보다 작으며, 상기 금속층의 가운데 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
The through hole is smaller than the size of the metal layer, and graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that located in the middle of the metal layer. 청구항 1에 있어서,
상기 관통 구멍의 크기는 조리개 방식으로 조절가능한 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
Graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that the size of the through hole is adjustable in an aperture method. 청구항 1에 있어서,
상기 덮개부는 상기 금속층과의 거리가 변하도록 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
Graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that the position of the cover portion is adjusted to change the distance to the metal layer. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 금속층의 크기를 측정하는 측정부와,
상기 측정부로부터 입력된 상기 금속층의 크기 데이터를 이용하여 상기 관통 구멍의 크기 또는 덮개부의 위치를 자동으로 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 4 or 5,
A measuring unit for measuring the size of the metal layer,
Graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that it further comprises a control unit for automatically adjusting the size of the through hole or the position of the cover using the size data of the metal layer input from the measuring unit. 청구항 1에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 반응 챔버의 내부 공간과 분리되어서 설치되며,
상기 반응 챔버는 상기 금속층과 대향하고 상기 관통 구멍을 통과한 빛을 통과시키는 투광창 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
The light irradiation unit is installed separately from the inner space of the reaction chamber,
The reaction chamber is a graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that it faces the metal layer and further includes a light-transmitting window member for passing light passing through the through hole. 청구항 1에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 플래시 램프의 빛을 상기 관통 구멍 쪽으로 반사시키는 반사 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
The light irradiation unit further comprises a reflective member for reflecting the light of the flash lamp toward the through hole. 청구항 1에 있어서,
상기 플래시 램프는 다수 개인 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.The method according to claim 1,
Graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that the plurality of flash lamps. 청구항 1에 있어서,
상기 금속층의 중심이 상기 관통 구멍의 중심과 겹쳐지게 위치하도록 상기 기판을 위치시키는 기판 정렬부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 램프를 이용한 그래핀 제조장치.
The method according to claim 1,
Graphene manufacturing apparatus using a flash lamp, characterized in that it further comprises a substrate alignment unit for positioning the substrate so that the center of the metal layer overlaps with the center of the through hole.
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